Forberedelsesprosess for karbonfiberkomposittmaterialer

Oversikt over karbon-karbon-komposittmaterialer

Karbon/karbon (C/C) komposittmaterialeer et karbonfiberforsterket komposittmateriale med en rekke utmerkede egenskaper som høy styrke og modul, lettvekt, liten termisk ekspansjonskoeffisient, korrosjonsbestandighet, termisk sjokkmotstand, god friksjonsmotstand og god kjemisk stabilitet. Det er en ny type komposittmateriale som tåler ultrahøye temperaturer.

C/C-komposittmaterialeer et utmerket termisk struktur-funksjonelt integrert ingeniørmateriale. Som andre høytytende komposittmaterialer er det en komposittstruktur som består av en fiberforsterket fase og en basisk fase. Forskjellen er at både den forsterkede fasen og basisfasen består av rent karbon med spesielle egenskaper.

Karbon/karbon-komposittmaterialerer hovedsakelig laget av karbonfilt, karbonduk, karbonfiber som forsterkning og dampavsatt karbon som matrise, men det har bare ett element, som er karbon. For å øke tettheten impregneres karbonet som genereres ved karbonisering med karbon eller impregneres med harpiks (eller asfalt), det vil si at karbon/karbon-komposittmaterialer er laget av tre karbonmaterialer.

Produksjonsprosess for karbon-karbon-komposittmaterialer

1) Valg av karbonfiber

Utvalget av karbonfiberbunter og den strukturelle utformingen av fiberstoffer er grunnlaget for produksjonen.C/C-komposittDe mekaniske og termofysiske egenskapene til C/C-kompositter kan bestemmes ved rasjonelt å velge fibertyper og veveparametere for stoff, for eksempel garnbuntarrangementets orientering, garnbuntavstand, garnbuntvoluminnhold, etc.

2) Fremstilling av karbonfiberpreform

Karbonfiberpreform refererer til et emne som formes til den nødvendige strukturelle formen på fiberen i henhold til produktets form og ytelseskrav for å utføre fortettingsprosessen. Det finnes tre hovedbehandlingsmetoder for preformede strukturelle deler: mykveving, hardveving og myk og hard blandet veving. De viktigste veveprosessene er: tørrgarnveving, preimpregnert stanggruppearrangement, finvevingspunktering, fibervikling og tredimensjonal flerveis totalveving. For tiden er den viktigste veveprosessen som brukes i C-komposittmaterialer tredimensjonal flerveis totalveving. Under veveprosessen er alle vevde fibre arrangert i en bestemt retning. Hver fiber er forskjøvet i en viss vinkel langs sin egen retning og sammenvevd for å danne et stoff. Dets karakteristiske er at det kan danne et tredimensjonalt flerveis totalstoff, som effektivt kan kontrollere voluminnholdet av fibrene i hver retning av C/C-komposittmaterialet, slik at C/C-komposittmaterialet kan utøve rimelige mekaniske egenskaper i alle retninger.

3) C/C-fortetningsprosess

Graden og effektiviteten av fortetting påvirkes hovedsakelig av stoffstrukturen og prosessparametrene til basismaterialet. Prosessmetodene som brukes for tiden inkluderer impregneringskarbonisering, kjemisk dampavsetning (CVD), kjemisk dampinfiltrasjon (CVI), kjemisk væskeavsetning, pyrolyse og andre metoder. Det finnes to hovedtyper av prosessmetoder: impregneringskarboniseringsprosess og kjemisk dampinfiltrasjonsprosess.

Flytende faseimpregnering-karbonisering

Flytende faseimpregneringsmetoden er relativt enkel i utstyr og har bred anvendelse, så flytende faseimpregneringsmetoden er en viktig metode for å fremstille C/C-komposittmaterialer. Det er å senke preformen laget av karbonfiber ned i det flytende impregneringsmiddelet, og få impregneringsmiddelet til å trenge helt inn i preformens hulrom ved trykksetting, og deretter gjennom en rekke prosesser som herding, karbonisering og grafittisering, til slutt oppnåC/C-komposittmaterialerUlempen er at det krever gjentatte impregnerings- og karboniseringssykluser for å oppnå tetthetskravene. Impregneringsmidlets sammensetning og struktur i væskefaseimpregneringsmetoden er svært viktig. Det påvirker ikke bare fortettingseffektiviteten, men påvirker også produktets mekaniske og fysiske egenskaper. Å forbedre karboniseringsutbyttet til impregneringsmidlet og redusere viskositeten til impregneringsmidlet har alltid vært et av nøkkelproblemene som må løses ved fremstilling av C/C-komposittmaterialer ved hjelp av væskefaseimpregneringsmetoden. Impregneringsmidlets høye viskositet og lave karboniseringsutbytte er en av de viktigste årsakene til den høye kostnaden for C/C-komposittmaterialer. Å forbedre impregneringsmidlets ytelse kan ikke bare forbedre produksjonseffektiviteten til C/C-komposittmaterialer og redusere kostnadene, men også forbedre de ulike egenskapene til C/C-komposittmaterialer. Antioksidasjonsbehandling av C/C-komposittmaterialer Karbonfiber begynner å oksidere ved 360 °C i luften. Grafittfiber er litt bedre enn karbonfiber, og oksidasjonstemperaturen begynner å oksidere ved 420 °C. Oksidasjonstemperaturen til C/C-komposittmaterialer er omtrent 450 °C. C/C-komposittmaterialer oksideres lett i en oksidativ atmosfære med høy temperatur, og oksidasjonshastigheten øker raskt med temperaturøkningen. Hvis det ikke iverksettes antioksidasjonstiltak, vil langvarig bruk av C/C-komposittmaterialer i et oksidativt miljø med høy temperatur uunngåelig føre til katastrofale konsekvenser. Derfor har antioksidasjonsbehandling av C/C-komposittmaterialer blitt en uunnværlig del av fremstillingsprosessen. Fra et antioksidasjonsteknologisk perspektiv kan det deles inn i intern antioksidasjonsteknologi og antioksidasjonsbeleggteknologi.

Kjemisk dampfase

Kjemisk dampavsetning (CVD eller CVI) er å avsette karbon direkte i porene i emnet for å oppnå formålet med å fylle porene og øke tettheten. Det avsatte karbonet er lett å grafittisere og har god fysisk kompatibilitet med fiberen. Det vil ikke krympe under rekarbonisering slik som impregneringsmetoden, og de fysiske og mekaniske egenskapene til denne metoden er bedre. Hvis karbon avsettes på overflaten av emnet under CVD-prosessen, vil det imidlertid forhindre at gassen diffunderer inn i de indre porene. Karbonet som avsettes på overflaten bør fjernes mekanisk, og deretter bør en ny avsetningsrunde utføres. For tykke produkter har CVD-metoden også visse vanskeligheter, og syklusen til denne metoden er også veldig lang.